DE2450777C2

DE2450777C2 - Einrichtung zur Steuerung eines Meßstrahls und/oder eines Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2450777C2
Application number: DE2450777A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 7050 Waiblingen Burckhardt; Jürgen Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Paul
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-10-25
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1983-03-24
Also published as: FR2289366A1; GB1526253A; FR2289366B1; DE2450777A1; US4039782A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines Meßstrahls und/oder eines Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen, wobei mindestens ein vom Kraftfahrzeug ausgesendeter Meß- und/oder Lichtstrahl zur Abstandsmessung und/oder Beleuchtung von Gegenständen dienen, welche sich vor dem Kraftfahrzeug auf seiner eigenen Fahrbahn befinden.

Es sind Einrichtungen der obigen Art bekannt. wonach z. B. die Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges schwenkbar angeordnet sind und bei Kurvenfahrt in Abhängigkeit vom Lenkradeinschlag in die Kurve hineinschwenken. Alle diese Einrichtungen mit einer gewissermaßen stationären Beeinflussung vom Lenkeinschlag her haben neben aller Umständlichkeit der Steuer- und Übertragungsorgane — so ist z. B. der Einschlagwinkel am kurveninneren Rad ein anderer als am kurvenäußeren Rad — noch den grundsätzlichen Nachteil, daß sie nur bei Fahrgeschwindigkeit null einen theoretisch richtigen Wert ergeben. Bei einer endlichen Fahrgeschwindigkeit fährt aber das Fahrzeug eine Kurve, die beträchtlich vom Lenkradeinschlag abweichen kann. Dies iit auf die Eigenschaften der Achsauslegung (z. B. Unter- oder Übersteuern) sowie auf die Reifendynamik zurückzuführen. Auch der Bremsvorgang spielt hierbei eine Rolle.

Infolge dieses grundsätzlichen Fehlers ergeben sich schwerwiegende Nachteile. So kann z. B. ein nach diesem Prinzip geschwenkter Scheinwerfer die Kurve nicht richtig ausleuchten und unter Umständen den Gegenverkehr blenden, statt die eigene Fahrbahn auszuleuchten. Sinngemäß dasselbe gilt für eine nach diesem bekannten Prinzip arbeitende Abstandswarnanlage.

De:· Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung nach fahrzeugdynamischen Kriterien derart zu gestalten, daß die Steuerung exakt dem tatsächlich gefahrenen Kurvenradius angepaßt ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Kraftfahrzeug Meßvorrichtungen angeordnet sind, welche mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung, sowie gegebenenfalls die Längsbeschleunigung (Verzögerung) zur Korrektur der angenommenen theoretischen Abbremsung und unter Umständen noch andere relevante Fahrzeugkenngrößen ermitteln, und daß der Strahlsender hinsichtlich Sirahlreichweite und/oder Strahlöffnungswinkel und/oder Winkelabweichung des Strahls zur Fahrzeuglängsachse durch einen Rechner in Abhängigkeit von diesen Meßwerten steuerbar ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird der Vorteil erreicht, daß nun der auszusendende Strahl nach dynamischen Gesichtspunkten steuerbar ist, und daß er infolgedessen stets dem tatsächlich gefahrenen Kurvenradius entspricht. Ein derart gesteuerter Scheinwerfer z. B. stellt keine Blendung des Gegenverkehrs mehr dar. Sinngemäß gilt dasselbe für eine so ausgelegte Abstandwarneinlage.

Die Meßgeräte selbst können an sich beliebiger Art sein, wenn sie nur analoge oder ganz fein gestufte digitale Werte liefern, und zwar zweckmäßigerweise in Form elektrischer Spannungen. So könnte z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Tachometer abgeleitet sein. Für die Messung der längs- bzw. Querbeschleunigung kommen Trägheitsbeschleunigungsmesser in Frage. Dabei müssen hinsichtlich der Längsbeschleunigung die negativen und positiven Werte berücksichtigt werden, d. h. also die Biremsverzögerung und Fahrzeugbeschleunigung. Für die Querbeschleunigung kann jeder Fahrzeugseite ein Gerät zugeordnet sein, welches dann für eine Kurvenrichtung gilt. Oder aber es ist für jede Achsrichtung ein gemeinsames Gerät vorgesehen,

welches z. B. beide Kurvenrichtungen — unterschieden durch Vorzeichen — anzeigt Beim Vorhandensein einer Bremsschlupfregelanlage wäre es auch denkbar, aus dieser die Werte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und eventuell auch f'ir die Längsbeschleuni«ung zu entnehmen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß durch den Rechner aie Reichweite des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels der Strahlenergie derart steuerbar ist, daß sie proportional zur Fahrzeug- <o geschwindigkeit und zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst. Eine solche Auslegung kommt in erster Linie für eine Abstandswarnanlage in Frage.

Eine andere weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß durch den Rechner der Ablenk- und/oder der öffnungswinkel des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels Schwenkung und/oder Bündelung des Senders derart steuerbar ist, daß er proportional zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst. Die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit liefert dann gewissermaßen die Normaleinstellung für Geradeausfahrt, die dann von den Kurvenwerten überlagerbar ist. Es sei bei dieser Gelegenheit darauf hingewiesen, daß die Strahlschwenkung durch Schwenkungen des ganzen Senders, der Scheinwerfer, einer Richtantenne oder in ähnlicher Weise erfolgen kann, die vom Rechner aus über hilfskraftbetätigte Organe gesteuert wird. Die Bündelung des Strahls kann sinngemäß verändert werden, jedoch wäre bei Scheinwerfern z. B. auch die geringfügige Schwenkung gegeneinander denkbar. Übrigens können alle Maßnahmen oder einige gemeinsam oder jede für sich angewendet werden.

Für eine Abstandswarnanlage mit Hilfe des reflektierten Meßstrahis wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Meßvorrichtungen mit dem Rechner verbunden sind, welcher aus den Meßwerten die Steuerimpulse oder Steuerwerte für den Sender bildet und daß dieser Rechner zugleich auch zur Auswertung der Empfangswerte und zur Bildung der sich hieraus ergebenden Signale dient. Wenn davon ausgegangen werden kann, daß entgegenkommende Fahrzeuge auf der eigenen Fahrbahn nicht vorhanden sind, dann wird weiter vorgeschlagen, daß der Rechner alle Empfangssignale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welche die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag übersteigt. Auf diese Weise können alle störenden Einflüsse ausgeschaltet werden, die dadurch entstehen, daß bei Kurvenfahrt der Meßstrahl die Kurveninnenseite überschneidet und dadurch z. B. bei Rechtsverkehr in einer Linkskurve auch den Gegenverkehr erfaßt. Dazu wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß der Rechner diese Empfangssignale nur dann unterdrückt, wenn der Schwenk- und/oder öffnungswinkel bestimmte, fest eingegebene Grenzwerte übersteigt.

Im allgemeinen wird der Strahlsendcr für sich in Abhängigkeit von den aus dem Rechner stammenden Steuerwerten geschwenkt bzw. die Strahlbündelung verändert. Man kann aber auch den Schwenkmechanismus mittels eines Getriebes mit veränderbarer Übersetzung an die Lenkung anbinden. In diesem Fall wird dann vom Rechner aus die Übersetzung des Getriebes gesteuert, wozu dann auch noch der Lenkeinschlag in den Rechner eingegeben werden muß.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 und 2 zwei Schemabilder zur Erläuterung der Erfindung und

F i g. 3 das Aufbauschema einer solchen Anlage.

Das Prinzip der Erfindung wird anhand einer Abstandswarnanlage erläutert, bei der ein Meßstrahl ausgesendet wird, um vor dem Fahrzeug auf derselben Fahrbahn sich befindende Hindernisse bzw. fahrende Fahrzeuge zu erkennen und je nach Abstand und Differenzgeschwindigkeit entsprechende Signale oder Bremsimpulse auszulösen. Die Reichweite einer solchen Abstandswarneinrichtung sollte so groß sein, daß bei einer gegebenen Geschwindigkeit das Fahrzeug nach Eintritt der Vollwarnung vor einem stehenden Hindernis noch abgebremst werden kann. Daraus ergibt sich ein Bezugsabstand entsprechend der nachfolgenden Formel zu:

A_B = S_R + t_R ■ ν +

2a_og

Darin bedeutet

S_R -

den Restabstand nach Stillstand beider Fahrzeuge,

die Reaktionszeit,
Hie Fahrgeschwindigkeit, die theoretisch mögliche Abbremsung bei dem gegebenen Straßenzustand (wird als Konstante abhängig von den Witterungsbedingungen in den Rechner eingegeben).

Der Maximalwert für einen solchen Bezugsabstand wird vorwiegend durch die Höhe der Geschwindigkeit, bei der die Warneinrichtung noch einen Sicherheitsgewinn bringt und durch den in Serienfahrzeugen möglichen Aufwand eingeschränkt.

Bei Kurvenfahrt wird der Meßstrahl gegenüber der Fahrzeuglängsachse geschwenkt, wie es aus der F i g. 1 ersichtlich ist. Das Fahrzeug 10 fährt einen Kreisbogen 11 und kommt nach einem entsprechenden Bremsweg an der Stelle Zf zum Stillstand. Damit der Meßstrahl M_s ein Hindernis an der Stelle £ rechtzeitig erkennen kann, muß er gegenüber der Fahrzeuglängsachse 12 um einen Winkel X ausgelenkt werden. Dieser Winkel X steht zu dem dem Bremsweg zugeordneten Winkel in folgender Beziehung

während der Kreisbogen, den das Fahrzeug als Bremsweg bis zur Stelle E zurücklegt durch die Formel

s_e = R- φ

gekennzeichnet ist. Bei einer Kurvenbremsung ist noch zu berücksichtigen, daß das Fahrzeug beim Durchfahren eines Kreisbogens mit dem Radius R der Querbeschleunigung

bn =

v²
-R

unterliegt. Man kann nun davon ausgehen, daß für das Reifenverhalten der Kamm'sche Halbkreis Gültigkeit

besitzt, was zumindest in erster Näherung der Fall ist. In diesem Fall gilt für die in der Kurve realisierbare Abbremsung die folgende Formel

a = a₀

IH

AY

Hierbei wird davon ausgegangen, daß der Fahrer die zu Beginn der Kurvenbremsung zulässige Abbremsung bis zum Stand beibehält. Ein geübter Fahrer ist zwar in der Lage, bei sinkender Geschwindigkeit entsprechend der abnehmenden Querbeschleunigung die Abbremsung zu steigern, jedoch kann ein solches Verhalten nicht als Norm einer Sicherheitsrechnung zugrunde gelegt werden. Aus diesem Wert für die in Kurve realisierbare Abbremsung ergibt sich aus der eingangs genannten Forme! der Bremsweg zu

, ' v²

-ΛΑΥ

2 a_og

Faßt man alle vorstehend genannten Beziehungen sinnvoll zusammen, so ergibt sich der Ablenkwinkel zu

b _o/a₀g

Hieraus ist zu entnehmen, daß die Ablenkung des Meßstrahls von der augenblicklichen Querbeschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Abbremüung abhängt. Dabei wird die Normalbremsung 2o entsprechend dem Fahrbahnzustand angenommen und in den Rechner eingegeben.

Die obige Beziehung gilt natürlich nicht nur für den Meßstrahl einer Abstandswarnanlage, sondern auch für den Lichtstrahl von Scheinwerfern, die eine Kurve optimal ausleuchten sollen.

Die F i g. 1 läßt erkennen, daß durch diese Maßnahme u. U. der Gegenverkehr in der Kurve verstärkt erfaßt wird. Dies läßt sich aber bei einer Abstandswarnanlage dadurch vermeiden, daß der Rechner alle diejenigen Signale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welche die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag — der relativ oder absolut sein kann — übertrifft. Eine solche Differenzgeschwindigkeit wäre — wie leicht einzusehen ist — nur dann möglich, wenn sich der angepeilte Gegenstand entgegen der eigenen Fahrtrichtung bewegt.

Nach F i g. 2 sollte der vom Fahrzeug 10 ausgehende Meßstrahl Ms bzw. der Lichtstrahl im Bezugsabstand AB "ersde dis Straßsribreile E erfassen. Der Öffnungswinkel gibt sich danach zu

Wenn man hier nun die eingangs genannte Formel für den Bezugsabstand einführt und dabei den Restabstand und die Reaktionszeit vernachlässigt, so ergibt sich

δ - ² *■>«

Der Öffnungswinkel des Meßstrahls ist somit direkt der Fahrzeugverzögerung und der Straßenbreite proportional sowie umgekehrt zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit. Dieser Meßstrahl kann nun in der weiter oben angegebenen Art und Weise geschwenkt werden, und zwar derart, daß die Mittelachse MA des Meßstrahls MS um den Winkel X entsprechend den vorstehend erläuterten Bedingungen geschwenkt wird. Eine andere Möglichkeit liegt darin, den Meßstrahl nicht so weit zu schwenken bis seine Mittelachse MA die in F i g. 1 gezeichnete ausgeschwenkte Lage erreicht, sondern nur so weit, bis die jeweils kurveninnere Begrenzung des Meßstrahls die in der Fig. 1 mit MS bezeichnete Lage erreicht. Und schließlich ist es auch denkbar, dem Meßstrahl MS überhaupt nicht zu schwenken, d. h. also seine Achse MA verbleibt in der Lage nach F i g. 2, sondern lediglich seine öffnungsweite, d. h. den Windel ό zu verändern, und zwar wiederum so weit, daß die äußerste Seitenbegrenzung die Lage nach F i g. 1 erreicht, d. h. es wäre dann in diesem Fall der öffnungswinkel O= 2 ■ X. Wahrscheinlich wird aber das Prinzip der Schwenkung zu bevorzugen sein, da bei der Veränderung des öffnungswinkels, insbesondere bei Scheinwerfern, möglicherweise Inteiisitätsverluste in Kauf genommen werden müßten.

Nach Fig.3 ist im Fahrzeug 10 ein Meßstrahlsender 13 schwenkbar angeordnet. Auch die Scheinwerfer 14 sind Schwenkbar angeordnet und diese beiden schwenkbaren Teile sind über entsprechende Übertragungsgestänge mit Betätigungsorganen 16 verbunden, welche hilfskraftgesteuert sind. Die Hilfskraft selbst wird durch ein Steuerelement 17 gesteuert, welches z. B. durch Magnetventile gebildet werden kann. Dieses Steuerelement 17 erhält seine Impulse von einem Rechner 18, der im übrigen auch über nicht mehr dargestellte Verbindungsleitungen bzw. Organe die Auswertung des reflektierten Meßstrahls übernimmt und die Warnsignale bzw. Bremssignale steuert.

Zur Ermittlung der Eingangswerte für den Rechner 18 ist im Fahrzeug zunächst ein Meßgerät 19 für die Fahrgeschwindigkeit angeordnet. Ferner ist das Fahrzeug mit zwei Meßgeräten 20 für die Längsbeschleunigung und für die Bremsverzögerung sowie mit zwei Meßgeräten 21 und 21a für die Querbeschleunigung ausgerüstet. Von den beiden letzteren sprichi das eine, z. B. das Meßgerät 21, auf die Fliehkraft in Linkskurven, das andere, z. B. 21a, auf die Fliehkraft in Rechtskurven an. Alle Meßgeräte sind über Leitungen mit dem

so Rechner 18 verbunden, der dann aus den eingegebenen Meßwerten in der vorstehend näher erläuterten Art und Weise die Ausgangsimpulse zur Steuerung der Schwenkung von Sender 13 υηΗ Scheinwerfern 14 errechnet Diese Ausgangsimpulse werden im Steuerelement 17 und den Betätigungsorganen 16 über eine z. B. hydraulische oder pneumatische Hilfskraft in entsprechende Schwenkbewegungen umgesetzt Es sei in diesem Zusammenhang darauf aufmerksam gemacht, daß in der F i g. 3 keineswegs etwa die tatsächliche Anordnung der Anlage im Fahrzeug dargestellt werden soll. Vielmehr geht es hier lediglich darum, den Aufbau einer solchen Anlage an einem Schema zu erklären. Lage, Größe und gegenseitige Zuordnung der einzelnen Teile werden sich nach den Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs richten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung eines Meßstahls und/oder einbes Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen, wobei mindestens ein vom Kraftfahrzeug ausgesendeter Meß- und/oder Lichtstrahl zur Abstandsmessung und/oder Beleuchtung von Gegenständen dienen, welche sich vor dem Kraftfahrzeug auf seiner eigenen Fahrbahn befinden, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (10) Meßvorrichtungen (19,20,21, 2Ia^ angeordnet sind, welche mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung sowie gegebenenfalls die Längsbeschleunigung (Verzögerung) zur Korrektur der angenommenen theoretischen Abbremsung und unter Umständen noch anderer relevanter Fahrzeugkenngrößen ermitteln, und daß der- Strahlsender (13) hinsichtlich Strahlreichweite und/oder Strahlöffnungswinkel und/oder Winkelabweichung des Strahls zur Fahrzeuglängsachse durch einen Rechner (18) in Abhängigkeit von diesen Meßwerten steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rechner (18) die Reichweite des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels der Strahlenergie derart steuerbar ist, daß sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wachst.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rechner (18) der Ablenk- und/oder der öffnungswinkel des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels Schwenkung und/oder Bündelung des Senders (13) derart steuerbar ist, daß er proportional zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst.

4. Einrichtung zur Abstandswarnung mit Hilfe des reflektierten Meßstrahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (19, 20, 21, 21a; mit dem Rechner (18) verbunden sind, welcher aus den Meßwerten die Steuerimpulse oder Steuerwerte für den Sender (13) bildet, und daß dieser Rechner (18) zugleich auch zur Auswertung der Empfangswerte und zur Bildung der sich hieraus ergebenden Signale dient.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (18) alle Empfangssignale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welche die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag übersteigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (18) diese Empfangssignale nur dann unterdrückt, wenn der Schwenk- und/oder Öffnungswinkel bestimmte, eingegebene Grenzwerte übersteigt.